任臘春，許海楠，柴 亮

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610072）

0 前 言

一般來(lái)說(shuō)，山地風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于道路和風(fēng)機(jī)平臺(tái)的設(shè)計(jì)。西南地區(qū)地形復(fù)雜，海拔較高，風(fēng)機(jī)平臺(tái)一般位于山脊上，道路設(shè)計(jì)需要連接進(jìn)場(chǎng)道路和風(fēng)機(jī)平臺(tái)，在山坡上進(jìn)行多次展線(xiàn)，不可避免地需要設(shè)置回頭曲線(xiàn)、小半徑曲線(xiàn)等。由于道路建設(shè)的目的主要服務(wù)于大件風(fēng)電機(jī)組設(shè)備運(yùn)輸需要，道路等級(jí)較低，沒(méi)有相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范。對(duì)于道路的路面寬度、加寬寬度、轉(zhuǎn)彎半徑、縱坡等要素，大多以經(jīng)驗(yàn)判斷其可行性；而風(fēng)電工程工期普遍較短，并且道路作為其關(guān)鍵線(xiàn)路，往往要求道路設(shè)計(jì)和修建能一次性滿(mǎn)足車(chē)輛運(yùn)輸?shù)囊?。AutoTURN作為一款專(zhuān)門(mén)模擬車(chē)輛轉(zhuǎn)彎的軟件，可用來(lái)檢驗(yàn)路線(xiàn)設(shè)計(jì)的合理性，尤其是能夠檢驗(yàn)較小半徑彎道的通過(guò)性。所以，合理利用AutoTURN能夠檢驗(yàn)道路設(shè)計(jì)的合理性，并且能夠在一定程度上節(jié)約造價(jià)，縮短工期，對(duì)工程具有一定的指導(dǎo)價(jià)值。

近年風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目大規(guī)模開(kāi)發(fā)，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電建設(shè)十分有利的地形資源日益緊張，陸上風(fēng)電場(chǎng)類(lèi)型正向丘陵、山區(qū)等風(fēng)資源較好、但工程建設(shè)相對(duì)投資大幅增加的區(qū)域推進(jìn)［1］。

趙一鳴［2］等人研究了單機(jī)容量為2.5 kW的風(fēng)機(jī)，其葉片長(zhǎng)度可達(dá)53 m，隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在風(fēng)機(jī)單機(jī)容量逐漸提升，3 kW、3.65 kW等更高單機(jī)容量的風(fēng)機(jī)進(jìn)入市場(chǎng)，其葉片長(zhǎng)度也相繼提升，相應(yīng)地就要求提高道路參數(shù)。

道路平曲線(xiàn)半徑一般是由葉片的長(zhǎng)度尺寸和運(yùn)輸方式?jīng)Q定。水平固定擺放的運(yùn)輸，平曲線(xiàn)半徑一般要求不小于40～50 m；山嶺重丘區(qū)因局部地形限制，在適當(dāng)加寬路基的情況下，一般平曲線(xiàn)半徑也不小于35 m；應(yīng)用特殊運(yùn)輸車(chē)輛（可在豎直方向調(diào)整葉片長(zhǎng)度方向與水平線(xiàn)的夾角）運(yùn)輸時(shí)，平曲線(xiàn)半徑一般不小于25 m；極限情況下，平曲線(xiàn)半徑一般不小于 20 m［3］。

通過(guò)對(duì)目前國(guó)內(nèi)常用運(yùn)輸方式的調(diào)查，在運(yùn)輸葉片時(shí)一般將葉片末端懸挑出車(chē)板一定長(zhǎng)度，故在計(jì)算平曲線(xiàn)最小加寬值時(shí)應(yīng)按平曲線(xiàn)的內(nèi)外彎情況區(qū)別考慮，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形情況包括全挖方型內(nèi)彎、內(nèi)填外挖型內(nèi)彎、內(nèi)挖外填型外彎、全填方型外彎的兩大類(lèi)四種彎道［4］。

AutoTURN軟件作為車(chē)輛轉(zhuǎn)彎模擬軟件，在國(guó)外應(yīng)用很廣，一些風(fēng)機(jī)廠(chǎng)家也用其初步模擬道路，如Vestas等。該軟件能根據(jù)不同風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)度，自定義運(yùn)輸車(chē)輛的長(zhǎng)度，能直觀(guān)地模擬車(chē)輛轉(zhuǎn)彎的情形，進(jìn)而檢驗(yàn)道路的通過(guò)性，這就提高了道路設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，也避免了后期設(shè)計(jì)反復(fù)修改，節(jié)約了設(shè)計(jì)成本。該軟件可以用于指導(dǎo)山地風(fēng)電場(chǎng)道路的設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)人員選擇道路設(shè)計(jì)參數(shù)提供了一定的參考性。

AutoTURN軟件得到了全球67個(gè)國(guó)家設(shè)計(jì)師的肯定，可以自動(dòng)完成車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的最大寬度測(cè)算，并直接生成繪制路線(xiàn)［5］。AutoTURN是全球運(yùn)輸工程師、建筑師和規(guī)劃師首選的車(chē)輛掃描路徑分析軟件［6］。

1 平曲線(xiàn)參數(shù)模擬計(jì)算

1.1 通過(guò)AutoTURN模擬道路平曲線(xiàn)參數(shù)

結(jié)合西南某在建風(fēng)電場(chǎng)選用的2.5 MW風(fēng)機(jī)機(jī)型，其葉片長(zhǎng)度達(dá)59.5 m。考慮該山地風(fēng)電場(chǎng)地勢(shì)較陡，葉片運(yùn)輸公司選用特種車(chē)輛運(yùn)送風(fēng)機(jī)葉片，可大大減小道路的轉(zhuǎn)彎半徑。根據(jù)運(yùn)輸公司反饋的車(chē)輛尺寸信息，用AutoTURN模擬該車(chē)輛，模型見(jiàn)圖1，模擬轉(zhuǎn)彎路徑見(jiàn)圖2。模擬得到的平曲線(xiàn)半徑和加寬值見(jiàn)表1。

圖1 特種運(yùn)輸車(chē)輛模型示意（單位：m）

圖2 AutoTURN模擬轉(zhuǎn)彎路徑示意

表1 平曲線(xiàn)半徑和加寬值計(jì)算 m

1.2 通過(guò)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎半徑分析模型計(jì)算平曲線(xiàn)參數(shù)

參考相關(guān)文獻(xiàn)［7］，繪制葉片特種運(yùn)輸車(chē)輛計(jì)算模型如圖3所示。以牽引車(chē)與半掛車(chē)的鉸接角為自變量，可以計(jì)算出平曲線(xiàn)半徑和所需的道路寬度，從而確定各平曲線(xiàn)要素以及加寬值。

圖3 平曲線(xiàn)轉(zhuǎn)彎半徑計(jì)算示意

具體計(jì)算公式如下：

式中，a為牽引車(chē)前懸，取1.2 m；b′為牽引車(chē)軸距，b=4.1+1.6=5.7 m；c為牽引車(chē)后軸中心線(xiàn)與半掛車(chē)縱軸的交點(diǎn)至半掛車(chē)后軸中心線(xiàn)的距離在水平面上的投影，c=16．3-f-g-e=12.5 m；d1為牽引車(chē)車(chē)寬，取2.5 m；d2為半掛車(chē)寬度，取3.36 m；e為牽引車(chē)后軸中心線(xiàn)與半掛車(chē)縱軸線(xiàn)的交點(diǎn)至鉸接點(diǎn)的距離在水平面上的投影，取0.1 m；f為半掛車(chē)牽引銷(xiāo)鉸接點(diǎn)至半掛車(chē)前部的距離在水平面上的投影，為1.6 m；g為半掛車(chē)后懸，取2.2 m；θ為牽引車(chē)與半掛車(chē)的鉸接角；R′為牽引車(chē)前端轉(zhuǎn)彎半徑；R為平曲線(xiàn)半徑；r為半掛車(chē)后端回轉(zhuǎn)徑；W為道路寬度。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 AutoTURN模擬的平曲線(xiàn)半徑和加寬值 m

1.3 西南某在建風(fēng)電場(chǎng)采用平曲線(xiàn)指標(biāo)

該在建項(xiàng)目參考四級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度15 km／h，路基寬度4.5 m，路幅構(gòu)成為0.50 m路肩+3.5 m路面+0.50 m路肩，平曲線(xiàn)彎道不設(shè)加寬的最小半徑為250 m。根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)道路設(shè)計(jì)相關(guān)經(jīng) 驗(yàn)，擬定該項(xiàng)目采用的路面加寬值見(jiàn)表3。

表3 路面加寬值m

1.4 平曲線(xiàn)加寬值對(duì)比

對(duì)比AutoTURN模擬和理論公式計(jì)算得到的平曲線(xiàn)半徑和路面加寬值如圖4。

圖4 對(duì)比兩種方法得到的半徑和加寬值

由圖4可以看出，對(duì)于同一種車(chē)輛，兩種方法得出的平曲線(xiàn)半徑和路面加寬值很接近，據(jù)此可推斷，當(dāng)?shù)弥?chē)輛尺寸信息后，用任一種方法均可以得到該車(chē)輛的轉(zhuǎn)彎半徑和對(duì)應(yīng)的加寬值。相比較理論公式計(jì)算道路平曲線(xiàn)半徑和加寬值，采用AutoTURN軟件具有快捷、方便的特點(diǎn)，并且該軟件能更直觀(guān)地表達(dá)車(chē)輛運(yùn)輸路徑。尤其是對(duì)于某一具體的彎道，通過(guò)該軟件可以快速地模擬出某一轉(zhuǎn)彎半徑對(duì)應(yīng)的加寬值，同時(shí)也可以篩選出合適尺寸的車(chē)輛來(lái)進(jìn)行風(fēng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)輸。

由表1、2對(duì)比表3，可以看出根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)擬定的路面加寬值數(shù)值偏大。原因是在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有事先得到風(fēng)機(jī)葉片運(yùn)輸車(chē)輛的相關(guān)信息，所以采用的加寬值較保守。

目前山地風(fēng)電場(chǎng)道路設(shè)計(jì)沒(méi)有建立統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)設(shè)計(jì)院采用的平曲線(xiàn)半徑、路面加寬值等參數(shù)均不一致。由此，采用AutoTURN轉(zhuǎn)彎模擬軟件，對(duì)現(xiàn)有運(yùn)輸車(chē)輛建立模型，模擬其運(yùn)輸路徑，能準(zhǔn)確、快捷、方便地檢驗(yàn)道路設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性。

2 結(jié)合實(shí)際工程分析道路工程量

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，該在建山地風(fēng)電場(chǎng)支線(xiàn)道路設(shè)計(jì)線(xiàn)路總里程為8.742 km。全線(xiàn)挖方數(shù)量：土方55 325 m3，平均 6 329 m3／km；石方 129 091 m3，平均14 767 m3／km。開(kāi)挖土石方量共計(jì)184 416 m3，平均 21 100 m3／km。

據(jù)統(tǒng)計(jì)七處在建和已建成山地風(fēng)電場(chǎng)，土石方開(kāi)挖量平均達(dá)19 m3／km，整體開(kāi)挖量均較大，將會(huì)引起水土保持難度加大、生態(tài)環(huán)境破壞加重等相關(guān)問(wèn)題，并將直接導(dǎo)致工程造價(jià)大幅增加。

由此，在運(yùn)輸方式一定的情況下，優(yōu)化道路設(shè)計(jì)參數(shù)將會(huì)成為降低道路工程造價(jià)的一種方式。采用AutoTURN轉(zhuǎn)彎模擬軟件能較快速、方便地進(jìn)行輔助優(yōu)化，進(jìn)而節(jié)約工程造價(jià)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

3 結(jié) 論

（1）AutoTURN轉(zhuǎn)彎模擬軟件可以快速、準(zhǔn)確地模擬各種運(yùn)輸車(chē)輛的平曲線(xiàn)轉(zhuǎn)彎半徑和路面加寬值，并能以直觀(guān)的形式表達(dá)出來(lái)。

（2）AutoTURN轉(zhuǎn)彎模擬軟件可以檢驗(yàn)已設(shè)計(jì)完成的道路轉(zhuǎn)彎半徑和加寬值是否滿(mǎn)足現(xiàn)有運(yùn)輸車(chē)輛的運(yùn)輸要求。

（3）在滿(mǎn)足車(chē)輛安全運(yùn)輸?shù)那疤嵯?，通過(guò)減小路面加寬值，節(jié)約工程造價(jià)，對(duì)工程建設(shè)具有一定的實(shí)用價(jià)值。